JP2834916B2 - Inverter microwave oven drive circuit - Google Patents
Inverter microwave oven drive circuitInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は低電圧直流電源を高電圧
の高周波電力に変換し、マグネトロンに電力を供給する
インバータ電子レンジの駆動回路に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive circuit for an inverter microwave oven which converts a low-voltage DC power supply into a high-voltage high-frequency power and supplies power to a magnetron.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、これまで商用交流電源で使用して
いた電気・電子機器の屋外での使用を考慮した機器が各
種開発されており、現在、家庭内で広く利用されている
インバータ電子レンジにおいても屋外での使用が試みら
れている。2. Description of the Related Art In recent years, various devices have been developed in consideration of the outdoor use of electric and electronic devices which have been used with a commercial AC power supply, and an inverter microwave oven widely used in homes at present. Are also being used outdoors.
【0003】従来の一般的なインバータ電子レンジの回
路構成を図8に示す。本回路では商用電源(AC100
V、50/60Hz)から得られた交流電力はまず、整
流回路で直流電力に変換される。この直流電力は一石共
振型インバータ回路で高周波化され、昇圧トランスで数
kVまで昇圧される。トランス出力は倍電圧整流回路で
整流され、マグネトロンに電力を供給する。FIG. 8 shows a circuit configuration of a conventional general inverter microwave oven. In this circuit, a commercial power supply (AC100
V, 50/60 Hz) is first converted to DC power by a rectifier circuit. This DC power is converted to a high frequency by a single-stone resonance type inverter circuit, and is boosted to several kV by a boosting transformer. The transformer output is rectified by the voltage doubler rectifier circuit and supplies power to the magnetron.
【0004】これに対し、屋外で上記インバータ電子レ
ンジを使用する場合には、直流12Vまたは24Vの蓄
電池等限られたエネルギー源を用いる必要があるため
に、例えば、図9に示すように、蓄電池等の低電圧直流
電源と上記交流100Vを電源とするインバータ電子レ
ンジに用いられる回路との間にDC/ACインバータを
設け、このDC/ACインバータでもって直流低電圧を
交流100Vに変換することにより、インバータ電子レ
ンジを駆動していた。On the other hand, when the inverter microwave oven is used outdoors, it is necessary to use a limited energy source such as a DC 12 V or 24 V storage battery. For example, as shown in FIG. A DC / AC inverter is provided between a low-voltage DC power supply such as that described above and a circuit used in an inverter microwave oven that uses the AC 100 V as a power supply, and the DC / AC inverter converts DC low voltage to AC 100 V. , Had driven the microwave oven.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】インバータ電子レンジ
を蓄電池等を用いて使用する場合、DC/ACインバー
タを間に挿入する方法では、直流から交流、交流から直
流と交直電力変換を2度行う必要があるため、電力の利
用率が低くなる。またDC/ACインバータを追加する
分、コスト高にもなる。When an inverter microwave oven is used by using a storage battery or the like, the method of inserting a DC / AC inverter between the DC / AC inverter and the AC / DC converter requires two conversions. Therefore, the power utilization rate decreases. In addition, the cost is increased by adding the DC / AC inverter.
【0006】そこで、蓄電池等の低電圧直流電源を用い
て直接にマグネトロンを駆動するインバータ回路が必要
になり、この要望を満たすために、本出願人は低電圧直
流電源に適したインバータ電子レンジの駆動回路を既に
提案している(特願平2ー200689,特願平2ー2
00690)。Therefore, an inverter circuit for directly driving a magnetron using a low-voltage DC power supply such as a storage battery is required. To satisfy this demand, the present applicant has developed an inverter microwave oven suitable for a low-voltage DC power supply. Driving circuits have already been proposed (Japanese Patent Application Nos. 2-200689 and 2-2).
00690).
【0007】ところで、従来のインバータ回路において
はスイッチング素子のオン・オフ時間の時比率を制御し
て出力電力を制御するPWM方式が一般的である。しか
しながら上記方式には、スイッチング素子のオン・オフ
時に電流と電圧がともに急峻に変化する期間が存在する
ためにスイッチング損失が大きくなるという欠点があ
る。この欠点を解決する一手段として、コンデンサとコ
イルで構成された直列共振回路を利用する方法がある。
この場合、直列共振回路によりスイッチング素子のオン
時の電流波形が正弦波状となり、上記スイッチング素子
のオン・オフ時に電流、あるいは電圧がほぼ零で交差す
る。そのため、スイッチング損失を著しく減少出来る。
しかしながら上記直列共振型インバータは共振周波数が
一義的に決まっているのに対して、PWM制御は時比率
を変化させることにより、出力電力を制御するために、
上記特徴を損なわずに出力電力を変動させることが困難
となる。これに対しては、周波数を変えて制御する方法
もあるが動作する最低周波数でトランスを設計する必要
があるためトランスの形状が大きくなるという欠点を有
している。本発明は以上に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、先に提案したインバータ電子
レンジの駆動回路(特願平2ー200689,特願平2
ー200690)に加え、低電圧直流電源を電源とし
て、安価でコンパクトな高出力かつ高効率のインバータ
電子レンジの駆動回路を提供することにあり、さらに出
力電力制御を容易におこなうことのできる駆動回路を提
供することにある。By the way, in a conventional inverter circuit, a PWM method for controlling output power by controlling a duty ratio of an on / off time of a switching element is generally used. However, the above method has a disadvantage that switching loss increases because there is a period in which both the current and the voltage change sharply when the switching element is turned on and off. As a means for solving this drawback, there is a method using a series resonance circuit composed of a capacitor and a coil.
In this case, the current waveform when the switching element is turned on becomes a sine wave by the series resonance circuit, and the current or voltage crosses at almost zero when the switching element is turned on and off. Therefore, switching loss can be significantly reduced.
However, while the resonance frequency of the series resonance type inverter is uniquely determined, the PWM control changes the duty ratio to control the output power.
It is difficult to change the output power without impairing the above characteristics. In order to solve this problem, there is a method of controlling the frequency by changing the frequency. However, it is necessary to design the transformer at the lowest frequency at which it operates. The present invention has been made in view of the above,
The purpose is to drive the inverter microwave oven as previously proposed (Japanese Patent Application Nos. 2-200689 and 2968).
To provide a low-cost, compact, high-output, and high-efficiency inverter microwave drive circuit using a low-voltage DC power supply as a power supply, and a drive circuit that can easily perform output power control. Is to provide.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明のインバータ電子
レンジの駆動回路は、電源から直接高周波電流に変換す
るインバータ電子レンジの駆動回路であって、スイッチ
ング素子が1個あるいは並列接続された2個以上のスイ
ッチング素子からなる2つのスイッチング素子群と、上
記スイッチング素子のオン、オフ動作を行う制御手段と
からなるインバータ回路と、該インバータ回路からの高
周波交流が1次巻線に供給されて2次巻線に高圧を発生
させる昇圧トランスと、該昇圧トランスの2次巻線に接
続され、高圧ダイオードと高圧コンデンサで構成された
マグネトロンに電力を供給する倍電圧整流回路と、上記
電源に並列接続される低圧コンデンサと、該低圧コンデ
ンサの一端に接続され、上記電源に直列接続されるチョ
ークコイルとから構成され、上記昇圧トランスの1次巻
線と上記2つのスイッチング素子群とが接続されて閉ル
ープが形成され、2つのスイッチング素子群の接続点と
上記昇圧トランスの1次巻線のセンタータップとが上記
低圧コンデンサの両端に接続されていることを特徴とす
る。A drive circuit for an inverter microwave oven according to the present invention is a drive circuit for an inverter microwave oven that directly converts a power supply into a high-frequency current, and has one switching element or two switching elements connected in parallel. Sui more
An inverter circuit including two switching element groups each including a switching element, and control means for performing on / off operations of the switching element; and a high-frequency alternating current supplied from the inverter circuit to a primary winding and a secondary winding. Transformer for generating a high voltage to the motor and a secondary winding of the boost transformer.
And consisted of a high voltage diode and a high voltage capacitor.
A voltage doubler rectifier circuit for supplying power to the magnetron, a low-voltage capacitor connected in parallel to the power supply, and a choke coil connected to one end of the low-voltage capacitor and connected in series to the power supply. A primary winding and the two switching element groups are connected to form a closed loop, and a connection point between the two switching element groups and a center tap of the primary winding of the step-up transformer are connected to both ends of the low-voltage capacitor. It is characterized by having been done.
【0009】さらに、上記インバータ回路内の制御手段
が、上記インバータ回路の出力電流波形の過渡振動の振
動周期と上記スイッチング素子のオン時間の関係に対し
て、上記オン時間が上記振動周期の略半周期から1周期
の間に納まるように設定されていることを特徴とする。Further, the control means in the inverter circuit may determine that the on-time is substantially half of the oscillation period with respect to the relationship between the oscillation period of the transient oscillation of the output current waveform of the inverter circuit and the on-time of the switching element. It is characterized in that it is set so as to fall between one cycle and one cycle.
【0010】さらに、上記電源に並列接続された低圧コ
ンデンサを2個以上有し、該低圧コンデンサに接続され
た回路に対する挿入、切り離しのためのスイッチング手
段を有し、該スイッチング手段を制御して上記低圧コン
デンサ容量を変化させることで零電流スイッチングのタ
イミングを崩すことなく出力電力制御を行うことを特徴
とする。さらに、上記電源に直列接続されたチョークコ
イルを2個以上有し、該チョークコイルに接続された回
路に対する挿入、切り離しのためのスイッチング手段を
有し、該スイッチング手段を制御して上記チョークコイ
ルのリアクトルを変化させることで零電流スイッチング
のタイミングを崩すことなく出力電力制御を行うことを
特徴とする。 Furthermore, the parallel-connected low-pressure condenser to the power supply having two or more inserts into a circuit connected to the low pressure condenser, a switching means for disconnecting said controlling said switching means It is characterized in that output power control is performed without changing the timing of zero current switching by changing the capacitance of the low voltage capacitor. Furthermore, a choke coil connected in series to the power supply
Having two or more coils and connected to the choke coil
Switching means for insertion and disconnection from the road
And controlling said switching means to control said choke coil.
Zero current switching by changing the reactor
Output power control without breaking the timing of
Features.
【0011】[0011]
【作用】インバータ回路により、2つのスイッチング素
子群が共にオフしている状態から一方のスイッチング素
子群がオンされると、昇圧トランスの2次側回路の高圧
コンデンサが充電されるように電流が流れ、次に同じス
イッチング素子群をオフすると、昇圧トランスに蓄えら
れた電磁エネルギが高圧コンデンサに供給されながら電
源に回生される。 [Operation] By the inverter circuit, two switching elements
One of the switching elements
When the child group is turned on, the high voltage of the secondary side circuit of the step-up transformer
Current flows so that the capacitor is charged, then the same switch
When the switching element group is turned off,
While the supplied electromagnetic energy is supplied to the high-voltage capacitor,
Regenerated by the source.
【0012】次に、インバータ回路により、スイッチン
グ素子群の他方がオンされると、昇圧トランスの2次側
回路のマグネトロンに電流が流れ、マグネトロンに電気
エネルギが供給される。ここでマグネトロンに供給され
る電力は高圧コンデンサの電圧とスイッチング素子群の
オン時間の長さで決まる。次に同じスイッチング素子群
をオフすると、昇圧トランスに蓄えられた電磁エネルギ
が高圧コンデンサに供給されながら電源に回生される。
以上の動作が繰り返されてマグネトロンは高周波電力の
発振を続ける。 ここで、高圧コンデンサには、回路イン
ピーダンスで定まる振動の弧を描くスイッチング素子群
に流れる電流波形と同様の電流波形で充電され、またマ
グネトロンにも回路インピーダンスで定まる振動の弧を
描くスイッチング素子群の電流波形と同様の電流波形で
電気エネルギが供給される。ここで、回路インピーダン
スは回路中の昇圧トランスのリーケージインダクタン
ス、高圧コンデンサのキャパシタンス、及び低圧コンデ
ンサ、低圧チョークコイル、回路抵抗で定まるインダク
タンス、キャパシタンス、抵抗値によって決定される。 Next, the switch circuit is switched by the inverter circuit.
When the other of the switching elements is turned on, the secondary side of the step-up transformer
Electric current flows through the magnetron of the circuit, and electricity is supplied to the magnetron.
Energy is supplied. Where it is fed to the magnetron
Power is the voltage of the high-voltage capacitor and the switching elements.
Determined by the length of on-time. Next, the same switching element group
Is turned off, the electromagnetic energy stored in the step-up transformer
Is regenerated to a power supply while being supplied to a high-voltage capacitor.
The above operation is repeated, and the magnetron
Continue to oscillate. Here, the circuit in
Switching elements that draw an arc of vibration determined by impedance
Is charged with a current waveform similar to the current waveform flowing through
An arc of vibration determined by the circuit impedance also for Gnetron
With a current waveform similar to the current waveform of the switching element group
Electrical energy is supplied. Where the circuit impedance
Is the leakage inductance of the step-up transformer in the circuit.
The capacitance of the high voltage capacitor and the low voltage capacitor.
Inductor determined by the sensor, low-voltage choke coil, and circuit resistance
It is determined by the capacitance, capacitance and resistance.
【0013】またスイッチング素子の電流波形は回路定
数、すなわち主回路内のインダクタンス成分、キャパシ
タンス成分、及び回路抵抗で定まる固有周波数で振動す
るが、このインダクタンス値、キャパシタンス値、ある
いはこの双方を調整して、スイッチング素子のオン時間
を固有周波数の2分の1周期から1周期の間に納める
と、零電流スイッチングを行うことができ、遷移損が非
常に小さくなり、スイッチング損失の低減が図れる。The current waveform of the switching element oscillates at a natural frequency determined by a circuit constant, that is, an inductance component, a capacitance component, and a circuit resistance in the main circuit. By adjusting the inductance value, the capacitance value, or both of them, If the ON time of the switching element is set within a period from one half period to one period of the natural frequency, zero current switching can be performed, the transition loss becomes very small, and the switching loss can be reduced.
【0014】この状態からさらに、低圧コンデンサのキ
ャパシタンス値を変化させてやると、零電流スイッチン
グ状態を崩すことなく、出力電流波形の振動条件の変化
による波形形状の変動により出力電流の平均値が変化
し、出力電力は出力電流平均値に比例するのでインバー
タの出力電力が制御される。When the capacitance value of the low-voltage capacitor is further changed from this state, the average value of the output current changes due to a change in the waveform shape due to a change in the oscillation condition of the output current waveform without breaking the zero current switching state. However, since the output power is proportional to the average output current, the output power of the inverter is controlled.
【0015】[0015]
【実施例】以下、添付図面を参照して実施例により本発
明のインバータ電子レンジの駆動回路および回路出力改
善、回路損失低減について詳細に説明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a drive circuit of an inverter microwave oven according to an embodiment of the present invention;
【0016】図1は本発明の第1の実施例の電源回路図
である。本電源回路は低電圧直流電源(例えば自動車用
蓄電池)1の直流電力を高周波電力に変換するプッシュ
プル電圧型のインバータ回路2、電源電圧を昇圧する昇
圧トランス3、昇圧トランス3の出力を整流する倍電圧
半波整流回路4を備えてなり、倍電圧半波整流回路4の
出力によってマグネトロン5を駆動する。また、昇圧ト
ランス3の2次側からは、マグネトロン5のフィラメン
ト加熱用電源も供給される。FIG. 1 is a power supply circuit diagram of a first embodiment of the present invention. The power supply circuit includes a push-pull voltage type inverter circuit 2 for converting DC power of a low-voltage DC power supply (for example, a storage battery for an automobile) into high-frequency power, a boosting transformer 3 for boosting a power supply voltage, and rectifying an output of the boosting transformer 3. The magnetron 5 is driven by an output of the voltage doubler half-wave rectifier 4. Further, a power supply for heating the filament of the magnetron 5 is also supplied from the secondary side of the step-up transformer 3.
【0017】倍電圧半波整流回路4は、2個の高圧ダイ
オード6a、6b及び高圧コンデンサ7により構成され
る。The voltage doubler half-wave rectifier circuit 4 includes two high voltage diodes 6a and 6b and a high voltage capacitor 7.
【0018】インバータ回路2は、1個あるいは2個以
上の直流を高速でスイッチングするパワーMOSFET
(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transist
orの略)が並列接続された2組のスイッチング素子群8
a、8bと、スイッチング素子群8a、8bを駆動する
スイッチング素子ドライブ回路9a、9bと制御回路1
0とを備えてなる。The inverter circuit 2 is a power MOSFET for switching one or more DCs at high speed.
(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transist
or abbreviations), two switching element groups 8 connected in parallel
a, 8b, switching element drive circuits 9a, 9b for driving switching element groups 8a, 8b, and control circuit 1
0.
【0019】スイッチング素子群8aと8bを構成して
いるパワーMOSFETのドレインはそれぞれ昇圧トラ
ンス3の1次巻線の一端3aと他端3bに接続され、こ
れら2つのスイッチング素子群8a,8bを構成してい
るパワーMOSFETのソース同士が接続され、さらに
スイッチング素子群8a、8bを構成しているパワーM
OSFETのゲートがスイッチング素子ドライブ回路9
a、9bにそれぞれ接続されている。The drains of the power MOSFETs forming the switching element groups 8a and 8b are connected to one end 3a and the other end 3b of the primary winding of the step-up transformer 3, respectively, to form these two switching element groups 8a and 8b. The sources of the power MOSFETs are connected to each other, and the power M that forms the switching element groups 8a and 8b
OSFET gate is switching element drive circuit 9
a, 9b.
【0020】パワーMOSFETで構成されるスイッチ
ング素子群8a,8bは、制御回路10、スイッチング
素子ドライブ回路9a、9bによって駆動され、昇圧ト
ランス3の1次側を流れる電流が高速にスイッチングさ
れる。The switching element groups 8a and 8b composed of power MOSFETs are driven by the control circuit 10 and the switching element drive circuits 9a and 9b, and the current flowing on the primary side of the step-up transformer 3 is switched at high speed.
【0021】直流電源1は、その一端が直列接続された
チョークコイル11、及び直流電源1とチョークコイル
11に並列接続された低圧コンデンサ12を介してスイ
ッチング素子群8aのソースとスイッチング素子群8b
のソースとの接続点に接続され、他端は昇圧トランス3
の1次巻線のセンタータップ3cに接続されている。The DC power supply 1 has a source connected to a switching element group 8a and a switching element group 8b via a choke coil 11 having one end connected in series and a low-voltage capacitor 12 connected in parallel to the DC power supply 1 and the choke coil 11.
And the other end is connected to the step-up transformer 3
Is connected to the center tap 3c of the primary winding.
【0022】つぎに本実施例の動作を説明する。スイッ
チング素子群8a及び8bのパワーMOSFETが共に
オフしている状態からスイッチング素子群8bのパワー
MOSFETがオンされると、昇圧トランス3の2次側
回路は高圧コンデンサ7、高圧ダイオード6a、昇圧ト
ランス3の2次巻線の一端3e、2次巻線の他端3dの
閉ループに電流が流れ高圧コンデンサ7が充電される。Next, the operation of this embodiment will be described. When the power MOSFETs of the switching element group 8b are turned on from the state where both the power MOSFETs of the switching element groups 8a and 8b are off, the secondary circuit of the boosting transformer 3 includes the high-voltage capacitor 7, the high-voltage diode 6a, and the boosting transformer 3 A current flows through a closed loop of one end 3e of the secondary winding 3e and the other end 3d of the secondary winding, and the high-voltage capacitor 7 is charged.
【0023】つぎに再び上記と同じスイッチング素子群
8bのパワーMOSFETをオフすると昇圧トランス3
に蓄えられた電磁エネルギーが高圧コンデンサ7に供給
されながら電源1に回生され、2つのスイッチング素子
群8a、8bのパワーMOSFETが同時オフする期間
に移る。Next, when the power MOSFET of the switching element group 8b is turned off again, the step-up transformer 3 is turned off.
The electromagnetic energy stored in the power supply 1 is regenerated to the power supply 1 while being supplied to the high-voltage capacitor 7, and the operation shifts to a period in which the power MOSFETs of the two switching element groups 8a and 8b are simultaneously turned off.
【0024】次に、スイッチング素子群8aのパワーM
OSFETがオンすると、昇圧トランス3の2次側回路
は高圧ダイオード6b、高圧コンデンサ7、昇圧トラン
ス3の2次巻線の一端3d、2次巻線の他端3e、マグ
ネトロン5の閉ループに電流が流れ、マグネトロン5に
電気エネルギーが供給される。そしてスイッチング素子
群8aのパワーMOSFETをオフすると昇圧トランス
3に蓄えられた電磁エネルギーはマグネトロン5に供給
されながら電源1に回生される。以上の動作が繰り返さ
れてマグネトロン5には高周波電力が供給される。Next, the power M of the switching element group 8a
When the OSFET is turned on, the secondary side circuit of the step-up transformer 3 has a high-voltage diode 6b, a high-voltage capacitor 7, one end 3d of the secondary winding of the step-up transformer 3, the other end 3e of the secondary winding, and a current flowing through the closed loop of the magnetron 5. The flow then supplies the magnetron 5 with electrical energy. When the power MOSFET of the switching element group 8a is turned off, the electromagnetic energy stored in the step-up transformer 3 is regenerated to the power supply 1 while being supplied to the magnetron 5. The above operation is repeated, and high frequency power is supplied to the magnetron 5.
【0025】このとき、高圧コンデンサ7には主回路中
の回路インダクタンス、回路キャパシタンス、回路抵
抗、すなわち昇圧トランス3のリーケージインダクタン
ス、高圧コンデンサ7、及び低圧コンデンサ12のキャ
パシタンス、スイッチング素子オン抵抗、配線抵抗等の
回路抵抗で定まる振動の弧を描くスイッチング素子群8
bのパワーMOSFETのドレイン電流波形と同様の電
流波形で充電され、またマグネトロン5には昇圧トラン
ス3のリーケージインダクタンスと高圧コンデンサ7、
及び低圧コンデンサ12のキャパシタンス、スイッチン
グ素子オン抵抗、配線抵抗等の回路抵抗で定まる振動の
弧を描くスイッチング素子群8aのパワーMOSFET
のドレイン電流波形と同様の電流波形で電気エネルギー
が供給される。At this time, the high-voltage capacitor 7 has circuit inductance, circuit capacitance, and circuit resistance in the main circuit, that is, the leakage inductance of the step-up transformer 3, the capacitance of the high-voltage capacitor 7 and the low-voltage capacitor 12, the switching element on-resistance, and the wiring resistance. Switching element group 8 that draws an arc of vibration determined by circuit resistance such as
b, the battery is charged with the same current waveform as the drain current waveform of the power MOSFET, and the magnetron 5 has the leakage inductance of the step-up transformer 3 and the high-voltage capacitor 7,
And a power MOSFET of the switching element group 8a that draws an arc of vibration determined by the circuit resistance such as the capacitance of the low-voltage capacitor 12, the switching element ON resistance, and the wiring resistance
The electric energy is supplied with a current waveform similar to the drain current waveform of FIG.
【0026】図2は本実施例におけるパワーMOSFE
Tに流れる電流波形の一例を示す図である。同図を参照
して回路出力電力が向上できることを詳細に説明する。
上記電流波形は上述したように昇圧トランス3のリーケ
ージインダクタンス、高圧コンデンサ7、低圧コンデン
サ12のキャパシタンス、回路抵抗の各値で定まる固有
周波数で振動し、固有周波数Fは次式で表わすことがで
きる。FIG. 2 shows a power MOSFET according to this embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a waveform of a current flowing through T. The fact that the circuit output power can be improved will be described in detail with reference to FIG.
As described above, the current waveform oscillates at a natural frequency determined by the values of the leakage inductance of the step-up transformer 3, the capacitance of the high-voltage capacitor 7, the low-voltage capacitor 12, and the circuit resistance. The natural frequency F can be expressed by the following equation.
【0027】[0027]
【数1】 (Equation 1)
【0028】ここで L:昇圧トランスのリーケージイ
ンダクタンス C:高圧コンデンサのキャパシタンス R:回路抵抗 n:昇圧用トランス巻数比 この波形の2分の1周期から1周期の範囲内にパワーM
OSFETのオン時間を合わせるように上式中のL,
C,Rの値を設定すると(1/2F≦TON≦1/F)、
MOSFETのオフ時におけるドレイン電流がほぼゼロ
となり、零電流スイッチングが可能となるため、遷移損
の発生を極力抑えることができ、スイッチング損失の低
減が図れることがわかる。また特にオン時間を2分の1
周期に等しく(1/2F=TON)することによって、図
2(a)に示すようにパワーMOSFETのオン期間に
おける電流(電流波形のオン期間における積分値)はほ
ぼ最大となり、回路出力電力もほぼ最大にできる。この
固有振動数がオン時間よりも長すぎたり、短すぎたりす
ると、図2(b),図2(c)に示したようにオン期間
中の電流値は小さくなる。Here, L: leakage inductance of the step-up transformer C: capacitance of the high-voltage capacitor R: circuit resistance n: turn ratio of the step-up transformer The power M is within a range from a half cycle to one cycle of this waveform.
In order to match the on-time of the OSFET, L,
When the values of C and R are set (1 / 2F ≦ TON ≦ 1 / F),
It can be seen that the drain current when the MOSFET is off is substantially zero, and zero current switching is possible, so that the occurrence of transition loss can be suppressed as much as possible and the switching loss can be reduced. In particular, the on-time is reduced by half.
By making them equal to the period (1 / 2F = TON), the current during the ON period of the power MOSFET (integral value during the ON period of the current waveform) becomes almost maximum, as shown in FIG. Can be maximized. If the natural frequency is too long or too short than the ON time, the current value during the ON period becomes small as shown in FIGS. 2B and 2C.
【0029】一方、上記電流波形が振動の孤を描くこと
を利用して,上記回路定数を変化させることによって,
オン期間中の電流波形の固有振動数を変えることで電流
値を制御する。ここで回路定数である、回路キャパシタ
ンス,回路インダクタンス、回路抵抗のどの値を変化さ
せても、この効果を得ることができるが、ここではその
一例として最も大きな効果が期待でき、しかも容易に実
現可能な方法として低圧コンデンサの容量をリレー接点
を用いて切替える方法とその効果について説明する。On the other hand, by utilizing the fact that the current waveform draws an arc of oscillation, the circuit constant is changed to
The current value is controlled by changing the natural frequency of the current waveform during the ON period. This effect can be obtained by changing any value of the circuit constants, that is, circuit capacitance, circuit inductance, and circuit resistance. Here, the largest effect can be expected as an example, and it can be easily realized. A method for switching the capacity of the low-voltage capacitor using a relay contact and its effect will be described.
【0030】図3は本発明の第2の実施例の電源回路図
である。第1の実施例に比べての相違点は、低圧コンデ
ンサを3個(12a,12b,12c)並列に挿入し、そ
のうちの2個のコンデンサは、リレー13a,13bを
介して主回路に接続されており、このリレー13a,1
3bのオン、オフ制御を行う切替え回路14が付加され
ている。例えば今この3個の低圧コンデンサの容量がそ
れぞれ4.7μF、10μF,22μFとし、切替え回
路14で上記リレー接点のオン、オフを制御すると、リ
レー接点13a、13bのオン・オフで入力コンデンサ
容量は変化し、13a,13bが共にオンの時は36.
7μF、13aがオフ、13bがオンの時は26.7μ
F,13aがオン、13bがオフの時は14.7μF、
13a,13bが共にオフの時は4.7μFとなる。こ
の結果主回路中における上記回路キャパシタンスが変化
し、マグネトロンに供給される電流波形が図4,図5,
図6,図7に示す実測波形のように変化する。ここで電
流平均値は電流波形の積分値から求めることができ、そ
れぞれの場合では146.3mA、93.6mA、58.
9mA、31.1mAとなる。またマグネトロンに供給
される電力は上記電流平均値に比例するため、上述のよ
うに入力コンデンサ容量を切替えることでマグネトロン
への供給電力すなわち電子レンジのパワー制御を容易
に、しかも通常のPWM制御におけるパワー制御のよう
にスイッチングオン時間を変化させるのではなく、図4
乃至図7に示すようにスイッチングオン時間はそのまま
で電流波形の周期を変化させているため、零電流スイッ
チングを行うという特徴を損なわず、パワー制御を行う
ことができる。このためパワー制御による効率を低下は
ない。FIG. 3 is a power supply circuit diagram according to a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that three low voltage capacitors (12a, 12b, 12c) are inserted in parallel, and two of them are connected to the main circuit via relays 13a, 13b. The relays 13a, 1
A switching circuit 14 for performing ON / OFF control of 3b is added. For example, when the capacitances of these three low-voltage capacitors are set to 4.7 μF, 10 μF, and 22 μF, respectively, and the switching circuit 14 controls the on / off of the relay contacts, the input capacitor capacitance becomes ON / OFF of the relay contacts 13a and 13b. And when both 13a and 13b are on, 36.
7μF, 26.7μ when 13a is off and 13b is on
14.7 μF when F, 13a is on and 13b is off,
When both 13a and 13b are off, the voltage is 4.7 μF. As a result, the circuit capacitance in the main circuit changes, and the current waveform supplied to the magnetron changes as shown in FIGS.
It changes like the actually measured waveforms shown in FIGS. Here, the current average value can be obtained from the integrated value of the current waveform, and in each case, 146.3 mA, 93.6 mA, and 58.
9 mA and 31.1 mA. Since the power supplied to the magnetron is proportional to the average value of the current, the power supplied to the magnetron, that is, the power of the microwave oven can be easily controlled by switching the input capacitor capacity as described above, and the power in the ordinary PWM control can be obtained. Instead of changing the switching on time as in the control, FIG.
As shown in FIG. 7, since the period of the current waveform is changed without changing the switching-on time, power control can be performed without impairing the feature of performing zero-current switching. Therefore, there is no reduction in efficiency due to power control.
【0031】尚、同様の動作は高圧コンデンサの容量を
変化させることでも行うことができるが、高圧回路での
接点による切替えは価格的にも技術的にも困難あり、低
圧コンデンサ容量を段階的、あるいは連続的に変化させ
ることによって可能であるという点に本実施例の特徴が
ある。The same operation can be performed by changing the capacity of the high-voltage capacitor. However, it is difficult to switch over the contacts in the high-voltage circuit both in terms of cost and technology. Alternatively, the present embodiment is characterized in that it can be performed by changing it continuously.
【0032】[0032]
【発明の効果】本発明によれば、DC/ACインバータ
を使用する必要がないので、安価で電力利用効率の高
い、かつ高出力なインバータ電子レンジの駆動回路を提
供できる。さらに、低電圧の直流電源を直接高周波電流
に変換しているので、電源回路の中で最も大きく、しか
も重量のある昇圧用トランスの小型化、軽量化が可能と
なり、駆動回路のコンパクト化が図れる。According to the present invention, since there is no need to use a DC / AC inverter, it is possible to provide a drive circuit for an inverter microwave oven which is inexpensive, has high power utilization efficiency, and has a high output. Furthermore, since the low-voltage DC power supply is directly converted to a high-frequency current, the largest and heaviest step-up transformer in the power supply circuit can be reduced in size and weight, and the drive circuit can be made more compact. .
【0033】また、スイッチング素子のオン時間と電流
波形の過渡振動の振動周期の制御により、大きな回路出
力が得られ、零電流スイッチングによるスイッチング損
失の低減を実現出来る。Further, by controlling the ON time of the switching element and the oscillation period of the transient oscillation of the current waveform, a large circuit output can be obtained, and the switching loss due to zero current switching can be reduced.
【0034】さらに、低圧コンデンサ容量の制御によ
り、零電流スイッチングの効果を損なうことなく、出力
パワー制御を実現できる。Further, by controlling the capacitance of the low-voltage capacitor, output power control can be realized without impairing the effect of zero-current switching.
【0035】以上のことから、本発明の駆動回路を電子
レンジに用いれば、通常調理、食品解凍等、調理内容に
応じたパワーでの使用が可能となり、しかも高効率であ
るという、これまでは実現不可能であった低電圧直流電
源駆動の電子レンジが実現する。尚、本発明は広くマグ
ネトロン駆動に利用できる。From the above, if the drive circuit of the present invention is used in a microwave oven, it can be used with power according to the content of cooking, such as normal cooking and food thawing, and it is highly efficient. A microwave oven driven by a low-voltage DC power supply, which could not be realized, is realized. The present invention can be widely used for magnetron driving.
【図1】本発明の第1の実施例の電源回路図である。FIG. 1 is a power supply circuit diagram according to a first embodiment of the present invention.
【図2】第1の実施例のパワーMOSFETのスイッチ
ング電流波形を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a switching current waveform of the power MOSFET according to the first embodiment.
【図3】本発明の第2の実施例の電源回路図である。FIG. 3 is a power supply circuit diagram according to a second embodiment of the present invention.
【図4】第2の実施例におけるマグネトロンに供給され
る電流波形を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a waveform of a current supplied to a magnetron in a second embodiment.
【図5】第2の実施例におけるマグネトロンに供給され
る電流波形を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a waveform of a current supplied to a magnetron in a second embodiment.
【図6】第2の実施例におけるマグネトロンに供給され
る電流波形を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a waveform of a current supplied to a magnetron in a second embodiment.
【図7】第2の実施例におけるマグネトロンに供給され
る電流波形を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a waveform of a current supplied to a magnetron in the second embodiment.
【図8】従来の商用電源で駆動するインバータ電子レン
ジの回路ブロック図である。FIG. 8 is a circuit block diagram of a conventional inverter microwave oven driven by a commercial power supply.
【図9】低電圧直流電源を用いて従来のインバータ電子
レンジを駆動する方法を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a method of driving a conventional inverter microwave oven using a low-voltage DC power supply.
1:直流電源 2:インバー
タ回路 3:昇圧トランス 4:倍電圧半
波整流回路 5:マグネトロン 6:高圧ダイ
オード 7:高圧コンデンサ 8a、8b:
スイッチング素子群 9a、9b:スイッチング素子駆動回路 10:制御回
路 11:チョークコイル 12:低圧コ
ンデンサ 13:リレー 14:切替え
回路1: DC power supply 2: Inverter circuit 3: Step-up transformer 4: Double voltage half-wave rectifier circuit 5: Magnetron 6: High voltage diode 7: High voltage capacitors 8a, 8b:
Switching element group 9a, 9b: Switching element drive circuit 10: Control circuit 11: Choke coil 12: Low voltage capacitor 13: Relay 14: Switching circuit
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−87185(JP,A) 特開 平4−87184(JP,A) 特開 平3−65061(JP,A) 特開 平4−230989(JP,A) 特開 平4−230988(JP,A) 特開 平3−295189(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05B 6/66 H02M 7/48 H02M 7/538Continuation of front page (56) References JP-A-4-87185 (JP, A) JP-A-4-87184 (JP, A) JP-A-3-65061 (JP, A) JP-A-4-230989 (JP) JP-A-4-230988 (JP, A) JP-A-3-295189 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H05B 6/66 H02M 7/48 H02M 7/538
Claims (4)
バータ電子レンジの駆動回路であって、スイッチング素
子が1個あるいは並列接続された2個以上のスイッチン
グ素子からなる2つのスイッチング素子群と、上記スイ
ッチング素子のオン、オフ動作を行う制御手段とからな
るインバータ回路と、該インバータ回路からの高周波交
流が1次巻線に供給されて2次巻線に高圧を発生させる
昇圧トランスと、該昇圧トランスの2次巻線に接続さ
れ、高圧ダイオードと高圧コンデンサで構成されたマグ
ネトロンに電力を供給する倍電圧整流回路と、上記電源
に並列接続される低圧コンデンサと、該低圧コンデンサ
の一端に接続され、上記電源に直列接続されるチョーク
コイルとから構成され、 上記昇圧トランスの1次巻線と上記2つのスイッチング
素子群とが接続されて閉ループが形成され、2つのスイ
ッチング素子群の接続点と上記昇圧トランスの1次巻線
のセンタータップとが上記低圧コンデンサの両端に接続
されていることを特徴とするインバータ電子レンジの駆
動回路。1. A drive circuit for an inverter microwave oven for directly converting a power supply to a high-frequency current, comprising one or more switching elements connected in parallel.
An inverter circuit comprising two switching element groups each comprising a switching element, and control means for performing on / off operations of the switching element; and a high-frequency alternating current supplied from the inverter circuit to a primary winding. Transformer for generating a high voltage to the transformer and a secondary winding connected to the transformer.
And a high-voltage diode and high-voltage capacitor
A voltage doubler rectifier circuit for supplying power to the netron; a low-voltage capacitor connected in parallel to the power supply; and a choke coil connected to one end of the low-voltage capacitor and connected in series to the power supply. A primary winding and the two switching element groups are connected to form a closed loop, and a connection point between the two switching element groups and a center tap of the primary winding of the step-up transformer are connected to both ends of the low-voltage capacitor. A drive circuit for an inverter microwave oven.
記インバータ回路の出力電流波形の過渡振動の振動周期
と上記スイッチング素子のオン時間の関係に対して、上
記オン時間が上記振動周期の略半周期から1周期の間に
納まるように設定されていることを特徴とする請求項1
記載のインバータ電子レンジの駆動回路。2. A control means in the inverter circuit , wherein the on-time is substantially half of the oscillation period with respect to the relationship between the oscillation period of the transient oscillation of the output current waveform of the inverter circuit and the on-time of the switching element. 2. The method according to claim 1, wherein the setting is made so as to fall within one cycle from one cycle.
The drive circuit of the inverter microwave oven described.
サを2個以上有し、該低圧コンデンサに接続された回路
に対する挿入、切り離しのためのスイッチング手段を有
し、該スイッチング手段を制御して上記低圧コンデンサ
容量を変化させることで零電流スイッチングのタイミン
グを崩すことなく出力電力制御を行うことを特徴とする
請求項2記載のインバータ電子レンジの駆動回路。A 3. A low-pressure condenser, which is connected in parallel with the power source 2 or more, inserted against circuit connected to the low pressure condenser, have a switching means for disconnecting
And, drive circuit according to claim 2, wherein the inverter microwave oven and performs the output power control without disturbing the timing of the zero-current switching and controlling said switching means by changing the low-pressure condenser capacity.
ルを2個以上有し、該チョークコイルに接続された回路
に対する挿入、切り離しのためのスイッチング手段を有
し、該スイッチング手段を制御して上記チョークコイル
のリアクトルを変化させることで零電流スイッチングの
タイミングを崩すことなく出力電力制御を行うことを特
徴とする請求項2記載のインバータ電子レンジの駆動回
路。 4. A choke coil connected in series to said power supply.
Circuit having two or more coils connected to the choke coil
Has switching means for insertion and removal from
And controlling said switching means to control said choke coil.
Of the zero current switching by changing the reactor of
Performing output power control without losing timing
3. A drive circuit for an inverter microwave oven according to claim 2, wherein
Road.
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